專利名稱：中空透明聚合物板材密封框架群的密封工藝及其在農(nóng)用設(shè)施中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)、農(nóng)用設(shè)施領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種可用于控制調(diào)控溫度的中空透明聚合物板材密封框架，以及具有該密封框架的且適用于中低緯度溫帶地區(qū)的溫室。
溫室作為減少作物受地域和氣候限制的農(nóng)業(yè)設(shè)施，具有重要的作用。溫室有各種形式，其區(qū)別在于(1)與外界環(huán)境相對封閉的程度，(2)有無加溫和降溫系統(tǒng)，(3)依靠手工還是不同自動化程度的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)。
世界各地的溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計取決于如何充分利用當(dāng)?shù)氐墓鉁刭Y源，針對具體作物經(jīng)濟(jì)地取舍環(huán)境控制自動化程度。北歐光溫資源少，因而溫室采用封閉性能好的玻璃覆蓋、鋁合金框架和無側(cè)窗結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)冬季高封閉型保溫的要求。地中海國家光溫資源好，因此溫室采用薄膜覆蓋和可大面積開啟的窗簾結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)夏季降溫排濕的要求。
此外，日照時數(shù)也是一個重要因素。北歐雖然緯度很高，但受大西洋暖流及海洋性氣候影響，冬暖夏涼，蔬菜花卉生產(chǎn)的不利因素是冬季日照奇短(最短時每天為2小時)，總?cè)照諘r數(shù)才1600小時，因此北歐地區(qū)將短期生產(chǎn)整休安排在冬季的一至二個月，減少加溫能耗，在全年產(chǎn)量中長日照夏季的產(chǎn)量所占主要比例。
然而，全球至今尚缺乏適應(yīng)中低緯度溫帶地區(qū)的溫室。例如，特別是在中國長江流域的不少地方，冬夏各四個月，冬季低溫寡照，而夏季高溫高濕，上述兩種溫室在該地區(qū)都無法獲得可與原產(chǎn)地相比的高產(chǎn)量與低成本。
太陽能是農(nóng)業(yè)不可替代的能源，只有在需要改變光周期時才需要采用人工光照。在太陽能中，對溫室生產(chǎn)有意義的光線包括植物生長發(fā)育所需要的(1)紫外光，(2)可見光，和(3)遠(yuǎn)紅光，以及能使溫室增溫的(4)紅外光。前者是永遠(yuǎn)受歡迎的，后者在夏季不受歡迎。為了阻擋紅外光，有人在夏季采用遮陽網(wǎng)，但遮陽網(wǎng)同時也阻擋了植物所需要的光，因此不利于植物生長。
美國專利US 4215672曾設(shè)計了一種由雙層流體屋頂夾以紅外濾色材料組成外墻的溫室，以充分利用光溫資源。然而US 4215672中的溫室仍存在如下缺點(diǎn)(1).采用共用間隔板的兩層中空透明板材(或三層中空板材)，組成流體逆向熱交換的屋頂，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，密封較困難。(2).逆向熱交換效率較高，但不是必須如該專利所設(shè)計的放在屋頂部分，在溫室內(nèi)可采用不透光的金屬熱交換系統(tǒng)會有更高的熱交換效率，或者以提高流體流動速度加速帶走熱量。也就是說，該專利將屋頂?shù)耐腹馀c熱交換功能結(jié)合在一起是沒必要的。(3).該專利的溫室屋頂具有三層透光板與兩層水層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重影響屋頂?shù)耐腹庑?，降低室?nèi)光強(qiáng)。(4).該專利的屋頂設(shè)計不利于應(yīng)通風(fēng)需要作窗戶設(shè)計。5.該專利著重考慮帶走溫室屋頂熱量，欠考慮以通風(fēng)帶走熱量，更未考慮利用無流體中空板材在冬季的高隔熱效果。因此，也不適用于中低緯度溫帶地區(qū)。
因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)適應(yīng)中低緯度溫帶地區(qū)的溫室。
本發(fā)明的目的是提供一種溫度調(diào)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能最大限度的利用太陽能和地溫調(diào)節(jié)溫室環(huán)境，并滿足原有溫室屋頂和側(cè)墻的各種功能要求。
一方面，本發(fā)明提供了一種密封框架，它包括至少一個中空透明板材，其包括兩個側(cè)板和多個在兩側(cè)板之間延伸的隔板，所述隔板在所述兩側(cè)板之間限定了多個沿第一方向的流體通道；設(shè)置在所述板材的沿所述第一方向的兩個端部的第一密封構(gòu)件，所述第一密封構(gòu)件緊密配合于所述板材的端部，使各流體通道在第一方向上與外界連通；設(shè)置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封構(gòu)件，所述第二密封構(gòu)件緊密配合于所述板材的側(cè)部，使各流體通道在第二方向上與外界隔絕；分別與所述第一和第二密封構(gòu)件緊密配合的主流道構(gòu)件，該主流道構(gòu)件具有一第一流道腔體和兩個外伸臂，所述外伸臂所形成的槽體可緊密配合于所述第一密封構(gòu)件，流道腔體上有開口與透明板材的流體通道相通。
在一優(yōu)選例中，所述槽體內(nèi)有一凸起，該凸起將槽體分成一內(nèi)槽部分和一外槽部分，所述外槽部分緊密配合于所述密封構(gòu)件。
較佳地，所述主流道構(gòu)件還具有一第二腔體，供插入剛性支承件。
在一優(yōu)選例中，主流道構(gòu)件、中空板材和或密封構(gòu)件用選自下組的材料制成聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯。
另一方面，本發(fā)明提供了上述密封框架的用途，它被用于構(gòu)建溫室。
此外，本發(fā)明還提供了一種溫室，其中至少部分屋頂為上述的密封框架。
在一優(yōu)選例中，該密封框架是可開啟式的。
在另一優(yōu)選例中，所述流體選自下組無菌水、蒸餾水，并且可下組的物質(zhì)促進(jìn)紅外線吸收的化合物、反射片或顆粒、抑藻劑、或其組合。
在另一優(yōu)選例中，所述的流體還與一熱交換裝置相通，在該熱交換裝置處進(jìn)行熱量交換。


圖1A是本發(fā)明一種密封框架的各組件的透射圖。
圖1B是本發(fā)明一種密封框架的各組件的剖視圖。
圖2是本發(fā)明一種溫室的示意圖。
本發(fā)明人經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，更充分地利用光溫資源是中低緯度溫帶地區(qū)溫室創(chuàng)新設(shè)計的出路，并在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
在本發(fā)明的一方面，提供了一種中空透明板材密封框架。該框架由(1)聚合物主流道構(gòu)件，(2)與在主流道構(gòu)件緊密結(jié)合的聚合物中空板材，以及(3)一定數(shù)目的密封構(gòu)件構(gòu)成。
主流道構(gòu)件、中空板材和密封構(gòu)件宜用聚合物制成，優(yōu)選的聚合物例子包括(但并不限于)聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯等。
中空透明板材的厚度通常為4-13毫米，較佳地為9-11毫米。中空透明板材的側(cè)板厚度通常為0.2-1.5毫米，較佳地為0.5-1毫米。
在本發(fā)明的一個實(shí)例中，所提供的中空透明板材密封框架具有類似
圖1結(jié)構(gòu)。圖中1為中空透明板材，它是兩個側(cè)板11與12及多個中隔板13形成的有規(guī)則結(jié)構(gòu)，其中有許多平行中空通道。密封條2具有伸入中空透明板材的每個通道的襯芯管(或者由彈性塑料在擠壓下形成的類似結(jié)構(gòu))，同時從兩側(cè)緊密夾住其兩側(cè)板；伸入中空透明板材的密封條2仍維持每個通道與外界連通。主流道構(gòu)件3為一聚合物塑料型材，該構(gòu)件從密封條2的兩側(cè)將密封條2固定；主流道構(gòu)件具有一個園型或長方形或其他形狀的流道腔體9以及與其平行的外伸15臂組成，外伸臂15中所具有的槽體能將密封條2夾緊，槽體內(nèi)有凸起16將槽分內(nèi)槽7與外槽8。外槽8能與密封條2緊密鑲嵌。
當(dāng)中空透明板材、密封構(gòu)件和外槽三者緊密鑲嵌后，內(nèi)槽中的流體能進(jìn)入每個上述通道，而不會流至板材外(在常用壓力下)。塑料型材的腔體在需要的部位可打孔使腔體9與內(nèi)槽7相通；在板材垂直方向(無中空通道的方向)，板材、U型密封條4和型材5三者也能緊密鑲嵌。中空板材的四周都以上述方式由密封條和型材鑲嵌后就成為一種框架。當(dāng)這種型材的適當(dāng)部位上開啟出入口后，它就成為能為流體通過的封閉框架。
由于上述型材(主流道構(gòu)件)的兩側(cè)具有相同的帶槽臂，可同時在左右與不同密封條及中空板材鑲嵌，所以能形成框架群，其中的流體成為一個系統(tǒng)。這個框架群結(jié)合梁柱可成為由中空板材為主要覆蓋的溫室或其它農(nóng)用設(shè)施。
主流道構(gòu)件型材的橫截面還設(shè)計有增強(qiáng)凸起6，在凸起6與流體腔體之間形成一增強(qiáng)腔體10，可平行地插入金屬型材，以增強(qiáng)剛性和提供框架群與溫室結(jié)構(gòu)或溫室傳動設(shè)備連接的支撐。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種溫室。在本發(fā)明的溫室結(jié)構(gòu)中，溫室的屋頂(或全部或部分外墻)是上述中空透明板材密封框架組成，這種框架可象太陽能熱水器一樣，有流體將熱量帶走。因此，在夏季時能使在太陽能中對溫室生產(chǎn)有意義的光線包括植物生長發(fā)育所需要的紫外光、可見光和遠(yuǎn)紅光透過，又能吸收掉使溫室增溫的紅外光。在冬季時，在密封框架中不注入流體，這樣紫外光、可見光和遠(yuǎn)紅光以及使溫室增溫的紅外光便可透過，加上此中空板材良好的隔熱作用，不僅使溫室升溫保溫效果良好，也可滿足溫室內(nèi)植物生長的需要。
此外，在本發(fā)明的溫室結(jié)構(gòu)中，屋頂較佳地是可開啟的。這樣，在夏季時可開啟屋頂，起到通風(fēng)、透氣、和降溫作用；在冬季屋頂是關(guān)閉的，因此可起到較佳的保溫作用。
在一實(shí)施例中，還使用一定溫度的水源來調(diào)節(jié)溫室溫度。如本文所用，“溫室環(huán)境”是指溫室內(nèi)的溫濕度和/或作物根系生長容器中的溫度。例如，地溫或地下水溫度與當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶞囟冉咏?，因此，可以用地表水、井水或地下水在不同季?jié)用來調(diào)整溫室溫度。
在用于溫室時，本發(fā)明的整個密封框架有至少一個流體入口和出口，并且流體能均勻地在中空板材的中空部位流動。流體在框架中的流動方向，可通過與框架主流道相通的泵控制和或利用重力。
在框架中的流體選自自來水、無離子水、蒸餾水等。此外，此流體中可以含有促進(jìn)紅外線吸收的化合物(如氯化銅)、能反射過強(qiáng)光能的固體(如鋁箔碎屑)、或含抑制藻類生長的抑藻劑。該流體還可來自組成了太陽能熱水器樣的屋頂，即來由另外一些中空透明板材密封框架群中的流體。
在一優(yōu)選例中，本發(fā)明的密閉框架象窗戶一樣，既能密閉又能大幅度開啟，還能以傳統(tǒng)方式調(diào)控溫室環(huán)境。此外，當(dāng)一部分框架被放置在水池中時，框架中的流體就能形成水池與流體間的能量交換。這個水池的水可以是來自地下水井的井水，這在夏季時尤其有利降溫；也可以是栽培營養(yǎng)液，以便綜合有效地利用能源。這樣，本發(fā)明的密封框架就可作為熱交換器在地下水、屋頂流體和栽培營養(yǎng)液間交換熱能，所以不僅集有吸熱、散熱、反射輻射熱和通風(fēng)多種功能，而且可以提供能源的綜合利用率。
鑒于本發(fā)明的密封框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種農(nóng)用設(shè)施就會具有多種功能。
(1)隔熱中空透明聚合物板材可以是常用建筑材料，它被用于隔熱時，著眼于中空(其間無流體時)聚碳酸脂板材(陽光板)都具有低于3kcal/m2/h/℃的導(dǎo)熱系數(shù)，相當(dāng)于三層中空玻璃，而玻璃導(dǎo)熱系數(shù)大于6kcal/m2/h/℃，聚乙烯薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)4.2kcal/m2/h/℃，雙層充氣塑膜導(dǎo)熱系數(shù)只有3.7kcal/m2/h/℃。
(2)散熱當(dāng)這種板材被液體充滿，并在其間流動時，它兩側(cè)薄薄的隔板(通常僅0.5mm)就成為很好的導(dǎo)熱面，導(dǎo)熱系數(shù)上升數(shù)倍，可用作熱交換器的良好介面?？蚣苋旱牧黧w系統(tǒng)還可設(shè)有這種流體的庫與泵、在另一頭具有類似的框架群浸在一水池中，實(shí)現(xiàn)與覆蓋溫室的框架群向此水池的的熱轉(zhuǎn)移。因此，這水池中可有井水、栽培營養(yǎng)液或其它液體流動，進(jìn)行所希望的熱交換。
(3)調(diào)節(jié)光強(qiáng)度在農(nóng)用設(shè)施需要避免過強(qiáng)陽光時，框架群流體系統(tǒng)中可含有能反射過強(qiáng)光能的固體(如鋁箔碎屑)，在不需反射時再將此固體從流體中分離出來。
(4)通風(fēng)為使上述農(nóng)用設(shè)施具有常用溫室通風(fēng)功能，這種框架可設(shè)計為如圖2所示的溫室頂窗，其開啟度可充分滿足通風(fēng)量的需要。
在本發(fā)明的另一方面，還進(jìn)一步提供了一種由上述框架群組成的能量調(diào)控系統(tǒng)，它以太陽能為熱源，地?zé)釣闊嵩椿蚶湓?，通過熱交換器實(shí)現(xiàn)溫室或農(nóng)用設(shè)施環(huán)境的調(diào)控和作物地下部溫度的調(diào)控。氣候是四季不同且多變的，所以框架群各功能的實(shí)現(xiàn)可由人工調(diào)控，也可由一定調(diào)控程度的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。其硬件可包括泵、電磁閥、傳動裝置、氣候因子傳感器(設(shè)施內(nèi)外)、程序控制器和計算機(jī)等。其軟件可包括控制程序、所在地氣候資料、作物生長資料和專家系統(tǒng)等。
在一采用中空聚碳酸酯的優(yōu)選例中，中空聚碳酸酯中空板材被夾封閉在類似上述框架中。結(jié)果表明，框架的熱膨脹系數(shù)與板材接近，在中空無流體在其中時，這種框架實(shí)現(xiàn)了低于3kcal/m2/h/℃的隔熱效果，由此組成的框架群形成相對封閉的溫室表面，由于溫室表面面積通常是溫室地面的1.2倍，在中低緯度溫帶地區(qū)夏季陽光最強(qiáng)烈的時間，太陽能輻射常達(dá)到500kcal/m2/h，也就是說以框架面積計算的400kcal/m2/h，溫室作物茂盛生長時的蒸騰量是250ml/m2/h，按蒸騰熱600kcal/l計算，會消耗150kcal/m2/h的輻射熱，另外在最高溫時一定量的通風(fēng)也會減少輻射熱引起溫室升溫的幅度，所以從框架表面以200kcal/m2/h速度帶走輻射熱。如果中空板材的水通道厚度為8mm，其水量就是8Kg/m2，當(dāng)水體更新速度為5/h次時，這些熱量需要加溫40Kg/m2，所以每次循環(huán)溫升將會是5℃。要在夏季白天10小時內(nèi)維持框架系統(tǒng)水池日升溫不超過10℃，此水池的容積必須是框架中空容積的25倍，即200Kg/m2(框架表面)。通常土井的水溫在夏季較氣溫低5～10℃，所以需要同樣量至近一倍量的井水帶走這些熱量。當(dāng)框架流體系統(tǒng)含有能反射過強(qiáng)光能的固體(如鋁箔碎屑)時，將反射掉50％以上的輻射熱，減少對井水的需求。因此這個系統(tǒng)對本技術(shù)使用地的地下水量以及地?zé)崆闆r有一定的依賴，然而中低緯度溫帶地區(qū)(如長江領(lǐng)域)通常并不缺乏地下水，因此本發(fā)明的溫室或溫控系統(tǒng)顯然是十分有效的。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種密封框架，其特征在于，包括至少一個中空透明板材，其包括兩個側(cè)板和多個在兩側(cè)板之間延伸的隔板，所述隔板在所述兩側(cè)板之間限定了多個沿第一方向的流體通道；設(shè)置在所述板材的沿所述第一方向的兩個端部的第一密封構(gòu)件，所述第一密封構(gòu)件緊密配合于所述板材的端部，使各流體通道在第一方向上與外界連通；設(shè)置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封構(gòu)件，所述第二密封構(gòu)件緊密配合于所述板材的側(cè)部，使各流體通道在第二方向上與外界隔絕；分別與所述第一和第二密封構(gòu)件緊密配合的主流道構(gòu)件，該主流道構(gòu)件具有一第一流道腔體和兩個外伸臂，所述外伸臂所形成的槽體可緊密配合于所述第一密封構(gòu)件，流道腔體上有開口與透明板材的流體通道相通。
2.如權(quán)利要求1所述的密封框架，其特征在于，所述槽體內(nèi)有一凸起，該凸起將槽體分成一內(nèi)槽部分和一外槽部分，所述外槽部分緊密配合于所述密封構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1所述的密封框架，其特征在于，所述主流道構(gòu)件還具有一第二腔體，供插入剛性支承件。
4.如權(quán)利要求1所述的密封框架，其特征在于，主流道構(gòu)件、中空板材和或密封構(gòu)件用選自下組的材料制成聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯。
5.一種如權(quán)利要求1所述密封框架的用途，其特征在于，它被用于構(gòu)建溫室。
6.一種溫室，其特征在于，至少部分屋頂為權(quán)利要求1所述的密封框架。
7.如權(quán)利要求6所述的溫室，其特征在于，該密封框架是可開啟式的。
8.如權(quán)利要求6所述的溫室，其特征在于，所述流體選自下組無菌水、蒸餾水，并且可下組的物質(zhì)促進(jìn)紅外線吸收的化合物、反射片或顆粒、抑藻劑、或其組合。
9.如權(quán)利要求6所述的溫室，其特征在于，所述的流體還與一熱交換裝置相通，在該熱交換裝置處進(jìn)行熱量交換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種密封框架,包括:至少一個中空透明板材,其包括兩個側(cè)板和多個在兩側(cè)板之間延伸的隔板,所述隔板在所述兩側(cè)板之間限定了多個沿第一方向的流體通道;設(shè)置在所述板材的沿所述第一方向的兩個端部的第一密封構(gòu)件;設(shè)置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封構(gòu)件;分別與所述第一和第二密封構(gòu)件緊密配合的主流道構(gòu)件。還公開了采用這種密封框架的集有吸熱、散熱、反射輻射熱和通風(fēng)功能的溫室和溫控系統(tǒng)。
文檔編號A01G9/14GK1370398SQ0110544
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者蘇維埃 申請人:中國科學(xué)院上海植物生理研究所